汽车发动机汽缸体缸孔双轴精镗加工工艺

（ 1 ） 四缸孔 4 × 65． 5 mm 的形状位置公差要求较 严格， 既要保证四缸孔圆度 0. 008 mm、 圆柱度 0. 008 mm， 又要保证缸孔轴线对曲轴孔公共轴线的垂直度 0. 04 mm。 （ 2 ） 四缸孔直径要求 65． 5 ± 0． 02 mm。 （ 3 ） 四缸孔珩磨后的表面粗糙度要求 R a = 0. 32 μm。 要达到以上所有的技术要求， 加工难度很大。
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缸孔精镗加工工艺选择
由于缸孔精镗后尺寸精度及形位精度要求均较 高， 在此专机上配备了带自动补偿系统的镗头 ， 用以改 善和提高缸孔加工质量。 为进一步提高缸孔加工质量， 减小切削热带来的 缸孔尺寸与形位偏差， 提高切削速度， 延长刀具使用寿 命， 缸孔精镗时采用湿式加工。
在缸体加工中， 缸孔精镗涉及的各项精度将会直 接影响发动机的性能， 因而企业在规划这道工序时会 结合企业及产品实际情况而选择最合适的方案 。缸孔 精镗加工工艺选择涉及到加工设备 、 镗削工艺、 镗刀等 缸体加工生产线应用最广的有两种 ， 一种 因素。目前， 是完全由加工中心组成的自动缸体线； 另一种则是由 组合 / 专用机床和加工中心相混合的柔性线， 即“混合 ” ， 型柔 性 自 动 线 这 种 生 产 模式为众多汽车企业与机床 厂商看好并优先采用， 其优 点是既具有相当的柔性又具 有较高的生产效率， 采用这 种模式加工缸体时， 缸孔的 镗削工序由专用镗床完 ［4 ］ 成 。本 课 题 缸 体 生 产 线 采用的是“混合型柔性自动 ， 线” 即设计缸体缸孔加工 专用镗床， 缸孔的镗削工序 由此专机完成。本课题设计的缸孔专用镗床见图 2 。 镗孔是箱体类工件中加工孔的常用工艺方法之 一。对于长径比较小的孔， 传统的工艺一般是采用刀
汽车发动机汽缸体缸孔双轴精镗加工工艺
肖铁忠 罗 静 龚文均 詹 捷 赵 勇
（ 重庆理工大学汽车零部件制造与检测技术教育部重点实验室 ， 重庆 400054 ） 摘
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要： 针对某汽车发动机缸体缸孔加工设备与工艺要求 ， 对国内外缸孔镗削加工中心与专用机床发展情况 进行了对比， 分析了应用最广泛的两种缸体加工生产线的优劣 ， 选择了汽车企业与机床厂商均优先 “混合型柔性自动线” ， 考虑的 设计了缸孔加工专用镗床、 专用夹具及工艺。 通过机床的试制与缸孔 加工实验， 测得缸孔各项精度均达到了设计指标 ， 最终在某企业得以投产。
（ 1）
r / min； d 为刀具直径， mm； V c 式中： n 为机床主轴转速， m / min。 为切削速度， 式（ 1 ） 中刀具直径 d = 65 ． 5 mm， 将选取的数据代 入式（ 1 ） ， 可以算出机床主轴转速 n = 1 944. 86 r / min。 3． 2． 3 进给参数的确定 根据高速镗削及精镗缸孔的特点及要求， 选取较 小的进给量与背吃刀量， 选取进给量 f = 0. 15 mm / r， 背吃刀量 a p = 0. 1 mm。 镗削时， 进给速度计算公式 为
关键词： 发动机汽缸体 中图分类号： TK263． 1
缸孔
专用镗床 精镗 文献标识码： A
工艺
Automotive engine cylinder block cylinder bore biaxial fine boring process
XIAO Tiezhong，LUO Jing，GONG Wenjun，ZHAN Jie，ZHAO Yong （ Key Laboratory of Manufacture and Test Techniques for Automobile Parts，Ministry of Education， Chongqing University of Technology，Chongqing 400054 ，CHN） Abstract： Aiming to an automobile engine cylinder block cylinder bore processing equipment and process requirements，this project compared the development of the cylinder hole boring machining center and special machine in home and abroad，and it analyzed the pros and cons of the two cylinder processing production line which is used the most widely． It chose the “hybrid flexible automatic production line ”that companies and machine manufacturers consider priorly，designed a special boring machine of cylinder hole machining，special fixtures and process． Through the trial of the machine and cylinder bore machining experiment，the result of the test shows that the precisions of the cylinder bore reached the design index． Eventually，this project was put into operation in an enterprise． Keywords： Engine Cylinder Block； Cylinder Bore； Special Boring Machine； Fine Boring； Process 发动机是汽车的五大部件之一， 是汽车的心脏， 直 所以对发动机的要求较高。 汽缸 接决定汽车的性能， 体是发动机的关键部件， 在汽缸体缸孔的加工过程中， 精镗涉及到的尺寸精度与形位误差将直接影响发动机 ［1 ］ 的各项性能 。过去， 由于我们国家没有掌握缸孔精 而不得不从国外 镗专用机床与加工中心的核心技术， 购买这种用于加工汽车发动机汽缸体缸孔的专用镗床 及加工中心， 因为技术垄断， 这些机床的价格往往非常 昂贵。十几年来， 通过各机床厂商、 汽车企业与各高校 的共同努力， 取得了一定的进步， 但是由于工艺、 技术
［2 － 3 ］ 。 通过多年的 等问题， 研制的机床并不尽如人意 ， 研究试制 我们实验室团队人员在汽缸体缸孔加工技
进口。
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1． 1
主要参数及技术难点分析
主要参数 汽缸体名称： 4 缸直线型汽缸体 材料牌号： HT250 工件外形尺： 311 mm × 298 mm × 237 mm 缸孔尺寸： 直径 65． 5 mm， 深度 118 mm 工件硬度： 179 ～ 247 HBW 工件质量： 30 kg
切削参数与切削用量的确定 切削速度的选择
高速度镗削专用机床， 考虑到所用机床为高精度、 精镗时采用 CBN （ 立方氮化硼 ） 刀具， 查阅刀具手册， 选取切削速度 V c = 400 m / min。 3． 2． 2 机床主轴转速的确定 主轴转速的计算公式为 1 000 V c n = πd
［8 ］
2008 （ 9 ） ： 44 － 45． ［ 2］康来明． 发展数控机床， 提升汽车零部件制造水平［J］． MC 现代零 2008 （ 4 ） ： 54 － 60． 部件， ［ 3］ 张树礼． 汽车发动机缸体缸孔精加工技术［J］． 金属加工： 冷加工， 2011 （ 2 ） ： 16 － 18． ［ 4］朱正德． 专机 PK 加工中心工艺选择案例的启示［J］． MC 现代零部 2009 （ 4 ） ： 39 － 42． 件，
CHEN Changnian，ZHONG Zhiping，LU Xin （ China Academy of Machinery Science ＆ technology，Beijing 100044 ，CHN） 2012 年 9 月， 机械科学研究总院李新亚院长率领 、 、 机械院 一汽公司 东风汽车公司、 大连理工大学 12 名 专家， 赴美国进行汽车轻量化制造技术调研与交流 。 访问了俄亥俄州立大学 （ OSU ） 、 通用汽车公司研发中 心汽车轻量化材料部门 （ GM ） 、 底特律中国工程师协 MAG 公司等。 大家认 美国蓝石公司、 会材料委员会， 世界汽车业正处于材料革命前夜 。 识到， 达到 4. 18 L /100 km。 轻量化已成 又提出到 2025 年， 为车企发展的目标 （ 图 1 ） 。 GM 公司提出， 供应商的 零部件每减重 1 kg， 公司愿意额外支付 3 ～ 6 美元。 大量研究表明， 约 75% 的油耗与整车质量有关， 降低汽车质量， 就可有效降低油耗以及排放。 汽车质 油耗下降 6% ～ 8% ， 排放降低 4% （ 图 量每下降 10% ， 2） 。
来自百度文库
V f = nf
（ 2）
mm / min； n 为机床主轴转速， r/ 式中： V f 为进给速度， min； f 为进给量， mm / r。 将选取的值代入式 （ 2 ） ， 可以得到进给速度 V f = 291. 7 mm / min。 3． 3 工艺过程 由于被加工缸孔的长径比较小， 采用刀具从工件 的一端镗进的传统工艺方案。工序简图见图 5 。 精镗时采用汽缸体底面及底面两销孔定位 （ 见图 4） ， 采用气压自锁式夹具夹紧， 图 5 中 Q 为主视图气 缸压紧。 3孔 精镗工序的简要过程是： 上料， 工作台进入 1 、 + 0 ． 02 3 孔精镗加工至 65. 5 － 0． 02 mm （ 见图 加工区， 完成 1 、 6） ， 4 孔加工区， 4 刀具退出， 工作台移动至 2 、 完成 2 、
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3． 1
缸孔精镗加工工艺设计
基准的选择
合理正确地选择定位基准， 是保证缸孔加工精度 及提高加工生产效率的前提。工件定位基准的选择一
［6 － 7 ］ ： 般有以下 4 方面的基本原则 （ 1 ） 尽量使用工件上的设计基准作为定位基准，
可以避免因基准不重合而引起的定位误差 ， 保证加工 精度； （ 2 ） 确保工件一次装夹能完成尽可能多的关键部 位的加工； （ 3 ） 属于批量加工时， 对刀基准与工件定位基准 重合； （ 4 ） 工件必须多次安装时应遵守基准统 一 的 原 则。
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考
文
献
［ 1］朱正德． 补偿型镗刀在发动机精镗工序中的应用［J］． 天津汽车，
全球汽车业处于材料革命前夜
陈长年 钟志平 陆 辛
（ 机械科学研究院， 北京 100044 ）
Important innovation will occur in global automobile industry
［8 ］
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结语
通过机床的成功试制， 并对汽缸体缸孔进行加工 经过实测， 缸孔的尺寸精度与形位精度均达到了 实验， 机床投入使用一年多以来， 各项性能均 图纸设计指标， 保持良好。缸体生产线项目在重庆某机械制造企业实 施后， 汽车发动机缸体生产线的生产节拍为 2. 5 min / 件， 缸体年生产量达到 12 万件， 产值达到约 1. 2 亿元， 由于经济效益显著及生产线的成功研制 ， 企业随即投 ， 入第二条生产线 实现了汽车发动机缸体大规模生产 。 参
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依据以上原则并结合缸孔加工实际， 缸孔精镗加 “一面两销” 工时采用 作为定位基准， 限制缸体的 6 个 自由度， 如图 4 。
+ 0 ． 02 孔精镗加工至 65. 5 － 0． 02 mm （ 见图 6 ） ， 刀具退出， 工 作台退回原点， 进入下一道工序。
3． 2 3． 2． 1
这是一种非常经济且应用极为 具从工件的一端镗进， 广泛的孔加工方法。 对于长径比较大的孔， 如果采用 传统工艺加工缸孔， 由于镗轴呈悬臂状态， 镗削时， 由 于镗臂的悬伸量较长， 很容易造成被加工孔尺寸精度 和形位精度超差， 因而不采用这种加工方法， 一般采用 ［5 ］ 孔 调头镗孔的方法 。 此缸体缸孔的孔径比为 1. 8 ， 径比较小， 故采用刀具从工件的一端镗进的传统工艺 。 为提高生产效率， 将镗床设计为双镗头的专用立式镗 床。镗削过程示意图见图 3 。
1． 2
技术难点分析
术上取得了较大的进展， 开发研制的精镗缸孔双轴精 密镗床处于国内领先水平， 完全可以替代这类机床的
企业对汽缸体缸孔的尺寸精度及形位误差提出了 较高要求， 给出了图样， 见图 1 。 首先对其技术难点进行分析：
* 重庆市教委高校优秀成果转化资助项目（ kjzh08214 ） · 128 ·